2023

INTEGRADORA

Fecha: 14 de abril del 2015

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INTEGRANTES

Iván Alberto Vázquez López

Emmanuel Torres Compeán

César Eduardo Sifuentes Arellano

Cristian Omar Rubio Murillo

Dan Gael Medellín Rodriguez

Contenido

Objetivo y análisis del problema.....................................................................................................................3-4

Antecedentes..................................................................................................................................................4-8

Aplicaciones..................................................................................................................................................8-14

Descripción del proyecto y costos...............................................................................................................14-17

Diseño y desarrollo del proyecto.................................................................................................................18-19

Manual de usuario y condiciones de trabajo....................................................................................................20

Conclusión........................................................................................................................................................21

Escaladora Generadora De Energía

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ESCALADORA GENERADORA DE ENERGÍA

OBJETIVOAcondicionar y equipar una caminadora de ejercicio para que, con ayuda del esfuerzo mecánico que se produce al hacer ejercicio, genere energía la cual se almacene en una batería y sea capaz de cargar aparatos electrónicos como celulares, computadoras, etc.

JUSTIFICACION (PORQUÉ ES IMPORTANTE REALIZARLO)

Encender un ordenador y otros artefactos que utilizamos cotidianamente es posible gracias a la energía eléctrica. Dicha forma de energía es la más empleada por el ser humano en su rutina diaria, ya que este sistema energético es el pilar fundamental en el desarrollo de la industria, en la tecnología y en la sociedad.

La electricidad se ha convertido en un elemento indispensable en la vida del ser humano, gracias a esta el hombre vive con un sin número de comodidades.

Este proyecto es importante para desarrollar nuevas formas ecológicas de obtener energía eléctrica, aparte de solucionar el problema de obesidad y también obtener una nueva solución a posibles problemas de fallas eléctricas en el hogar.

Además de que al utilizar una bicicleta para generar energía eléctrica las ventajas que se presentan debido al aprovechamiento energético son:

Bajo costo de generación Bajo costo de mantenimiento No requieren combustibles Ayudan a mantener un buen metabolismo del cuerpo humano.

ANÁLISIS DEL PROBLEMAEn nuestro país la electricidad se obtiene a través de centrales hidroeléctricas que están ubicadas principalmente en la región amazónica y sierra centro, en donde se utilizan grandes afluentes de agua, pero estas centrales hidroeléctricas se ven perjudicadas cuando existe escases de agua por la sequía o ausencia de lluvias, aunque también en algunas represas especialmente las de tamaños considerables los embalses de millones de litros de agua producen un impacto negativo sobre el medio ambiente debido a sus daños colaterales.

En las zonas urbanas del país el suministro eléctrico se lo hace a través de cableado eléctrico, los mismos que no abastecen a ciertos lugares en las zonas rurales ya que son de difícil accesibilidad; por esta razón ciertos

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lugares se han quedado sin servicio eléctrico y sus poblaciones se encuentra en situaciones precarias, y como efecto produciendo también necesidades económicas y sociales.

La demanda de energía eléctrica en áreas rurales alejadas se caracteriza por bajos niveles de consumo y grandes áreas de dispersión de la población estableciéndose así una baja densidad de consumidores, esto ocasiona procesos migratorios hacia las ciudades y convierte a los pobladores rurales en habitantes urbanos marginales, lo que nos lleva a la idea de presentar una alternativa de solución al problema de abastecimiento de energía en ciertos sectores dispersos a través de la construcción de una bicicleta estática capaz de generar energía eléctrica suficiente como para encender artefactos de uso doméstico y a la vez almacenar dicha energía para su posterior uso.

El proyecto se puede aplicar en cualquier parte, tanto en la casa como en algún gimnasio para hacer ejercicio y a la vez generar energía para cargar aparatos electrónicos.

Las características de la caminadora, es que produce más revoluciones que una bicicleta, por lo tanto produce más energía, no es tan cansado como el spinning y prácticamente todas las personas pueden tener acceso a él.

ANTECEDENTESHistóricamente nuestra civilización ha realizado una búsqueda exhaustiva de cualquier fuente de energía disponible. La humanidad como primer paso para producir energía utilizó las llamadas energías de sangre que consistían en el uso de animales domésticos y esclavos humanos para trabajar la tierra y cumplir otros fines energéticos, pero fue descartada debido a baja sustentabilidad. Al pasar el tiempo la idea se focalizó en producir energía a través de los recursos naturales disponibles como el viento y el agua, pero estas fuentes de energías cambiaron radicalmente hasta el descubrimiento del vapor, a través de la combustión de madera o carbón. El vapor a su vez nos permitió producir un vector energético como la electricidad que actualmente aporta la energía a un 40% de las necesidades humanas, especialmente en el ámbito doméstico, posteriormente llegaríamos a la utilización de combustibles fósiles líquidos y la fisión atómica. La gran demanda de energía eléctrica y la gran riqueza de recursos hídricos produjeron el uso de la energía hidráulica a través de la construcción de grandes centrales hidroeléctricas de dimensiones considerables. La energía hidráulica se ha utilizado durante años para uso directo en la generación de energía eléctrica.

En la actualidad tiene especial importancia la construcción de pequeños sistemas generadores de energía como alternativa de generación energética en zonas rurales de difícil acceso donde no llega una red electro energética. Los sistemas eléctricos interconectados han resuelto el abastecimiento de los sistemas urbanos y en un menor porcentaje la demanda energética en las zonas rurales.

La bicicleta estática generadora de energía, que es lo más cercano a la caminadora, sólo que más efectivo, es un prototipo con gran potencial energético que se utiliza para proveer una fuente de bajo costo de electricidad con el fin de encender artefactos eléctricos de bajo consumo tales como focos, lámparas y aparatos electrónicos como celulares, secadoras de cabello, etc. Aprovechando el potencial muscular humano y con esto también ayudando a mejorar el estado físico de las personas que lo utilicen.

La mayoría de las personas del siglo XXI somos tan analfabetos en temas energéticos que hemos quedado reducidos a simples “abonados” de las corporaciones que producen y comercializan energía. Nuestra civilización se ha lanzado históricamente sobre cualquier fuente de energía disponible. Primero, fueron las llamadas energías de sangre (animales domésticos y esclavos humanos) luego al aprovechamiento del viento y el agua (velas, norias, etc.) hasta que de pronto descubrimos el vapor quemando madera o carbón y luego ya

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llegamos al paroxismo con los combustibles fósiles líquidos y la fisión del átomo. El vapor nos permitió a su vez generar un vector energético como la electricidad. Y hoy la electricidad aporta la energía a un 40 % de las necesidades humanas (especialmente, en el ámbito doméstico). Pero para la producción de electricidad hemos descubierto otras formas más sostenibles que el sucio petróleo y la peligrosa radiactividad: son las llamadas energías renovables (la fotovoltaica, la eólica, la mareomotriz, la mini hidráulica, etc.).

Ilustración I. Escaladora y bicicleta

Una máquina ideal para el ahorro de combustibles fósiles y auto producirse la energía renovable en la propia vivienda.

Pero a menudo nos descuidamos de otra fuente renovable nada despreciable: la energía humana como fuente para producir electricidad. Este reportaje quiere ser una aproximación a la energía de propulsión humana mediante la bicicleta para usos domésticos (otro cantar es la bici manía para volar, navegar, etc. que sería objeto de otro reportaje).

La fuerza mecánica de los humanos nace de la aportación energética de los alimentos que dan movimiento a la musculatura e intervienen en el buen funcionamiento metabólico que nos permite la vida. El valor de los alimentos (vegetales y animales) es proporcional a la cantidad de energía que nos proporciona cuando se metaboliza en presencia de oxígeno. La unidad de medida es el Joule, aunque por tradición se emplea también la caloría que equivale a la cantidad de calor que necesitamos para aumentar en un grado la temperatura de un gramo de agua (ver cuadro de equivalencias al final del texto) [1]. Este unidad energética es muy pequeña por lo que la aportación energética de los alimentos se mide en kilocalorías (1 kcal = 1.000 calorías). Las dietas humanas contienen entre 1.000 kcal/día hasta 4.000 kcal/día. La cantidad de energía varía según la actividad que desarrollemos. No es lo mismo cortar leña que correr o atender el trabajo en una oficina. Una parte de la energía de los alimentos está destinada a lo que se llama mantenimiento metabólico basal (incluida la necesidad del reposo o dormir). En una persona adulta de unos 70 kg este mínimo vital se lleva ya unas 1.650 kcal en alimento. Aquí también es importante la dieta o aportación calórica de cada tipo de alimento. Mientras los hidratos de carbono proporcionan 4 kcal por gramo, igual que las proteínas, las grasas proporcionan 9 kcal por gramo. El combustible que ingerimos pues

Ilustración III. Máquina de coser montada sobre un triciclo en Yakarta. Foto Wiki Commons.

Ilustración II. Central energética a propulsión humana a base de pedaleo comunitario.

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es determinante para la actividad que realizamos. Si consumimos más que no gastamos, pues uno engorda y podemos perder calidad metabólica (o sea perjudicar nuestra salud).

La potencia media energética humana, con alimentación adecuada, está alrededor de los 150 W sobre una máquina capaz de su aprovechamiento, como es una bicicleta. Un aficionado al ciclismo puede dar fácilmente unas 90 pedaladas por minuto (1,5 pedaladas por segundo), de los que ya se consumen unos 100 W en mover el peso de las propias piernas. Los niveles de potencia que un ser humano puede proporcionar pedaleando depende de la fortaleza muscular, pero también del tiempo. Por breves espacios de tiempo sobre una bicicleta se pueden desarrollar potencias de hasta 400 W (determinados ciclistas de competición en un sprint), pero lo habitual es que para usos energéticos extendidos durante varias horas, no se supere los 50 W de potencia. Igualmente, el trabajo muscular depende también de la interacción con el entorno del ser humano. No es lo mismo el pedaleo estacionario que en ruta. En movimiento sobre un camino el ciclista ha de vencer la resistencia al viento y el rozamiento de la superficie por donde se

circula. Además, la disponibilidad de líquidos y alimentos en el recorrido, la temperatura ambiental, etc. también influyen en la potencia final desarrollada por quien pedala.

El potencial energético de la propulsión humana en bicicleta está condicionada por el propio diseño del ciclo y muy especialmente del sistema de pedaleo. Foto: Rotor RS4X de Rotor Componentes Tecnológicos.

Finalmente, la potencia real que podemos ejercer depende de la relación entre la velocidad de rotación en revoluciones por minuto y el rendimiento en la transmisión. Adentrarnos en el mundo de la ciencia sobre la bicicleta nos obligaría a una extensión y nivel de comprensión que ultrapasa la finalidad de este artículo. Sin embargo, de forma simplificada podemos afirmar que una bicicleta con un plato en el eje de pedaleo de 48 dientes y un engranaje de 12 dientes en la transmisión nos permite un desarrollo con sólo una pérdida del 10 % respecto a un ideal como es 15:1. En otras palabras aplicando 50 W de potencia el pedaleo nos entregaría 45 W. Sin embargo, hay otras partes que intervienen como son la medida de las bielas o también la propia posición del ciclista. Igualmente, el diseño del plato aporta mejoras en la eficiencia. Este es el caso de los plato ovalados o Qring y el plato articulado Rotor [2] desarrollados por al empresa española Rotor Componentes Tecnológicos que incrementan entre un 11 % y el 16 % la potencia respectivamente en comparación con un plato dentado convencional. Pero si en vez de desplazarnos con la bicicleta, lo que queremos es generar energia eléctrica, el rendimiento final obtenido dependerá del ingenio que genere la energía eléctrica, en este caso la dinamo o generador.

En síntesis, un ciclista de unos 70 kg que pedalee entre 10 y 20 km/h consume entre 245 y 410 kcal/hora. Un ejercicio de esta potencia durante una hora al día y por semana supondría quemar entre 1 y 1,5 kg de grasa y nos aportaría la energía necesaria para ver una película en DVD sobre una pantalla plana de unas 19 pulgadas.

Ilustración IV. Estrella

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REDESCUBRIENDO LA ENERGÍA DE LOS PEDALESPartiremos del principio que una de las máquinas más eficientes para transmitir la potencia energética humana es la bicicleta. Recordemos que cuando uno se desplaza en bicicleta se consumen alrededor de 0,15 calorías por gramo de peso del individuo y por kilómetro, comparado con 0,75 calorías andando. Montados en una bicicleta, tanto por la posición del cuerpo como por su diseño preparado para el movimiento de la mayor masa muscular disponible en el ser humano (las piernas), se llega a grados de eficiencia elevados de hasta el 25 %. No es extraño pues que la invención de la bicicleta y de la electricidad pronto tuviera una convergencia tecnológica. En seguida se aplicó al movimiento de la rueda la posibilidad de producir la iluminación para circular de noche con la llamada dinamo que rodaba sobre la cubierta neumática. Más tarde este mismo principio de generación eléctrica se aplicó sobre los bujes de las ruedas (dinamos de buje) que reducen la pérdida energética por el rozamiento. Finalmente, los propios engranajes ciclistas han servido para imaginar un sin fin de aplicaciones para obtener energía mecánica de una forma más eficiente.A principios de los años 70 y como resultado de la crisis energética muchas personas volcaron su capacidad intelectual para buscar cómo obtener energía con sistemas autónomos y menos dependientes del petróleo. Sin duda, las energías renovables, y en especial los ingenios eólicos y solares fueron de los primeros. Pero también recibió una significativa atención la energía de propulsión humana. Un libro histórico en este sentido es Pedal Power in work, leisure and transportation (Pennsylvania: Rodale Press, 1974) de James C. McCullagh que recopila algunas de las experiencias en el ámbito del aprovechamiento de la potencia de los pedales incluidas máquinas como los dynapod(dinamo de pié) o artilugios para trabajos mecánicos accionados a pedales. Hoy hay pedales generadores de electricidad para proporcionar iluminación, elevar agua con una bomba, pero también para trabajos mecánicos como moler grano, descascarillar frutos secos, mover herramientas como pulidoras, etc. La variedad de artilugios para generar trabajo en bicicleta constituye uno de los elencos de tecnología apropiada más interesantes de todo lo disponible.

Existen diseños múltiples para realizar trabajos de forma más eficiente a partir de la energía que puede brindar el pedaleo. Son las llamadas bici máquinas como los que promueve la organización mexicana Centro Autónomo para la Creación Intercultural de Tecnologías Apropiadas en México o la organización guatemalteca Maya Pedal. Estas organ 긹 ŷ 옹 ŷ ŷ Ÿ ᐹ 괹 Ÿ 뤹 Ÿ 씹 Ÿ턹 Ÿ휹 Ÿ Ÿ bici máquinas pues tienen también el objetivo de recuperar bicicletas viejas. Los inventos en este ámbito de lo que podemos llamar tecnologías apropiadas vienen desarrollándose por todo el planeta. Un ejemplo, curioso son las máquinas de coser a pedales que en Yakarta en Indonesia forman parte de los trabajadores a domicilio que ofrecen sus servicios de forma ambulante; razón por la cual van sobre un triciclo. La bicicleta como fuente de energía mecánica es sin duda la que tiene el mayor abanico de aplicaciones descritas y documentadas.

Ilustración V. Herramienta de taladro accionada por pedaleo difundida por el grupo CCAT de la

Universidad de Humbolt (EUA)

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Ilustración VI. Licuadora a base de pedaleo fabricada por maya Pedal reciclando piezas de bicicleta viejas.

APLICACIONES CICLO ELÉCTRICASUna de las revoluciones a las que asistiremos en los próximos años será la generación eléctrica con energía de propulsión humana. Lo que puede parecer una broma es una realidad gracias a las posibilidades que otorgan los nuevos imanes cerámicos y los diseños de generadores y estabilizadores que permite la microelectrónica de los semiconductores. Estos sistemas de generación eléctrica con pedaleo parten habitualmente de un principio básico que es producir la electricidad con un generador de corriente continua para que sea almacenada a una batería y de esta ya de forma estabilizada convertirla si es necesario a corriente alterna para alimentar pequeños electrodomésticos caseros. La clave en la conversión eléctrica de la energía del pedaleo está en que el rango de velocidad puede ser muy variable y esto exige, como hemos comentado, el almacenamiento previo. Sin embargo, puede que cuando se implante la autoproducción energética en el ámbito doméstico se diseñen inversores capaces de inyectar ciclo electricidad alterna a la red.

Un caso de tecnología emergente en el ámbito de la generación eléctrica a partir de las bicicletas son las dinamos de buje. Estas dinamos situadas en lugar del buje tradicional tienen la ventaja de tener menos rozamiento y un mayor potencial energético. Gracias a ello actualmente se han convertido ya en una tecnología muy apreciada para cargar, mientras se pedalea, pequeñas utilidades microelectrónicas tales como teléfonos móviles, aparatos de MP3, GPS, etc. Las dinamos de buje empezaron a ser populares a partir de 1940 por ser más eficientes que las dinamos de botella que perdían eficiencia debido al rozamiento con el neumático. El coeficiente de rozamiento que añaden las dinamos de buje es mínimo y aunque su peso puede ser unas 5 veces mayor que un buje le aportan una gran utilidad a la rueda.

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Ilustración VII. Aplicación

Dinamo de buje de SON, sistema de transmisión de la energía generada por la dinamo hasta la batería polivalente (según una idea de Dahon) que permite posteriormente la recarga de pequeñas utilidades microelectrónicas. El cargador PedalPower+ puede necesitar de unas 2,5 horas de pedaleo para que la dinamo de buje haga una carga completa de nuestro teléfono móvil.

El rozamiento de noche cuando la luz está encendida es algo mayor, pero tanto con la luz apagada como en funcionamiento a 15 km/h no supone más que un decrecimiento en el rendimiento del pedaleo inferior al 10 %. La cantidad de luz que ofrecen es en base a la legislación alemana para bicicletas que exige 0,75 W de luz a 5 km/h y 2,7 W a 15 km/h. Actualmente, existen esencialmente tres fabricantes: la inglesa Sturmey-Archer, la japonesa Shimano y la alemana Schmidt Maschinenbau (SON). Esta última ofrece también el modelo XS100 para ruedas de bicicletas plegables.

Junta con la dinamo de buje algunos fabricantes han desarrollado ya estabilizadores de la corriente continua para cargar aparatos micro electrónicos, caso del E-Werk de Busch&Müller. En general son dispositivos diseñados para modular la electricidad continua generada por la dinamo de buje para que sea adecuada al aparato que queremos recargar durante nuestro paseo. Otras marcas han lanzado baterías de alta capacidad que almacenan la electricidad generada en la dinamo de buje que luego podemos traspasar a los pequeños gadgets microelectrónicos.

KITS DE CICLO ENERGÍA ELÉCTRICA

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Kit de producción energética para una bicicleta de la empresa americana Windstream Power. Uno de los de mayor calidad que existen en el mercado.

Finalmente, hay que destacar los kits de ciclo energía que basan su tecnología en potentes generadores de corriente continua que se adjuntan a caballetes de entrenamiento para bicicletas. Sobre estos caballetes, nuestra bicicleta convencional puede convertirse en bicicleta estática y de este modo pedalear en casa a la vez que generamos energía eléctrica. En este caso la calidad energética o el mejor rendimiento de los mismos dependen de un buen diseño ya que además del generador propiamente dicho deben tener un

buen eje así como una superficie de rodamiento con el mínimo de fricción posible. Entre los kits de mayor calidad destaca el norteamericano de Windstreamcapaces de proporcionar unos 20 Ah en un ritmo de pedaleo sostenible. Si lo usamos de cargador para una batería de 12 V este tipo de generadores pueden entregar 240 W a 15 V máximo. Pero existen verdaderos forofos del llamado Pedal Power capaces de convertir una bicicleta en una verdadera máquina productora de energía. Los manuales y trabajos en este campo son innumerables. Tanto informaciones accesibles en internet, como algunos libros tales como Bicycle Science de David Gordon o el de Tamara Dean, The Human-Powered Home publicado por NewSociety, ofrecen posibilidades para aprender sobre el tema. Al fin y al cabo, diseñarse su propio kit de cicloenergía autónomodestinado a países no desarrollados no es tan difícil y la información no falta en internet donde pueden encontrarse ingenios diversos.

Ilustración IX. Sistema de generación eléctrica con múltiples bicicletas. Una dinamo-generador para la rueda de una bicicleta para generar electricidad deRollergen. Mesa de pedaleo para alimentar un ordenador portátil.

El segundo elemento clave de estos kits son las baterías. Windstream, por ejemplo se suministra con baterías de 20 a 60 Ah en 12 voltios que pueden proporcionar de 240 a 720 Wh, las cuales, una vez cargadas gracias a la energía mecánica del pedaleo, disponen de suficiente energía para suministrar varias horas de electricidad en continua o en alterna (si añadimos un inversor) para un ordenador, la televisión y otros pequeños electrodomésticos de nuestro hogar. Los generadores más usuales de bicicletas rinden unos 200 W y a 12 V pueden proporcionar de 8 a 17 Ah (jo posaría : pueden proporcionar un máximo de 17 Ah ...) con un ritmo de pedaleo respetable. Otro producto interesante es el Shakti de la empresa Rollergen, que de forma muy compacta ofrece 100 W de potencia y es especialmente adecuado para actividades de cooperación.

Ilustración VIII. Kit de ciclo-energía

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Ilustración X. Kit de producción energética demostrativo haciendo funcionar un Scalextric, una actividad pedagógica propiedad del Institut Català de l'Energia en Barcelona. Obsérvese en la imagen de la izquierda el motor generador de 200 W.

Estos kits son interesantes porqué en si mismos llevan la esencia de las bases de conocimiento esencial sobre la electricidad. El motor tiene una potencia pero en función de nuestro pedaleo y las revoluciones del mismo, el voltaje es variable. Una experiencia bien interesante es el Scalextric ciclo eléctrico. Los cochecitos funcionan entre 6 y 12 V de corriente. Con un motor de 200 W se observa perfectamente cuanto pedaleo es necesario para que el coche avance y sobre todo el esfuerzo que hay que hacer si queremos que corra a máxima velocidad. Lo máximo que los chavales han sido capaces de generar en estas experiencias son 140 W·h, según han observado enIntiam Ruai, una de las empresas pioneras en la pedagogía de las renovables, son 140 W·h.

Ilustración XI Aplicación.

Detalle de uno de los famosos árboles navideños de propulsión ciclista que el Ayuntamiento de Barcelona puso en las calles en el 2008-09. Nótese la escasa calidad del kit generador como muestra la imagen de la izquierda. Se trata de simple dinamo de botella deslizándose sobre un cilindro giratorio; una auténtica chapuza tecnológica que se vio nuevamente en el Festival de la Infancia 2009-10 de Barcelona. Foto: Fundación Tierra.

Otra aplicación de la energía humana generadora de electricidad es la diseñada por la empresaAzimut360 que llama anthroposinergía y en la que el movimiento de la dinamo se consigue con la fuerza de una rueda que a modo de volante de inercia le da estabilidad al pedaleo y facilidad para la producción energética. Esta aplicación se puso en marcha para el proyecto En Clave de Sol-diseñada por la Asociación Producciones Callejeras que impulsan conciertos musicales con renovables y energía bio-motriz. El diseño de etas bici-máquinas energéticas es sin duda una de las más interesantes para producir electricidad limpia. La energía de la dinamo se pasa por un regulador que la envía a una batería y desde la misma se conecta a los equipos de

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música implicados en el sistema. En fin, una buena iniciativa para convertir los eventos artísticos y musicales no sólo una actividad sostenible y participativa.

Ilustración XII. Aplicación 2.

Las bicicletas con volante de inercia para generar electricidad y convertir en autónomos energéticamente los conciertos musicales con renovables y bici. Fotos: Fundación Tierra.

Más allá de la cantidad de energía que un kit ciclo-eléctrico puede entregarnos de forma alternativa y renovable, estas aplicaciones ciclo-eléctricas tienen una componente pedagógica muy importante pues nos dan una relación directa del esfuerzo que supone la generación de energía eléctrica y la necesidad del ahorro de la misma. Sin ir más lejos y como ejemplo, pedalear a buen ritmo durante treinta minutos nos aportaría 1 hora de consumo para un ordenador portátil. Sin duda, las aplicaciones didácticas en este caso pueden doblar en interés al objetivo de producción energética, aunque ésta tampoco es despreciable y aporta una autonomía energética de alto valor. En el futuro será interesante que, a la par de las mejoras tecnológicas de la bicicleta, aparezcan dinamos diseñadas específicamente para el pedaleo y que permitan inyectar directamente la electricidad generada a la red eléctrica de nuestra vivienda. De este modo el esfuerzo de estos, digamos por ejemplo 140 Wh de una hora de pedaleo y ejercicio, tendrán la compensación de la autoproducción energética.

Ilustración XIII. Aplicación 3.

Pedales humanos convertidos en la fuerza para accionar un tiovivo lleno de sensibilidad para que los más pequeños viajen al país de los sueños creado por Theatre de la Toupine. Foto: Fundación Tierra.

Algunas de las unidades de energía empleadas, así como sus equivalencias:

En el sistema internacional la unidad de medida de energía es el Joule (J), aunque por tradición también se emplea la caloría (cal). Tienen equivalencias con el vatio hora (W·h) y el kilovatio hora (kW·h).

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1 Cal = 4,18 J = 1,157•10-6 kW•h = 1,157•10-3 W•h1 Joule = 0,24 cal = 2,778•10-7 kW•h = 2,778•10-4 W•h1 kW•h = 864000 cal = 3.600000 J = 1000 W•h

La potencia es la energía consumida o generada por unidad de tiempo. La unidad en el sistema internacional es el vatio (W), que es un Julio por segundo.

Y cuando hablamos de energía o potencia eléctrica vale la pena recordar que:Ah (amperios hora) • Voltaje en Voltios (V) = energía en W•h (vatios hora)A (amperios)• Voltaje en V (voltios) = potencia en W (vatios)

[2] Rotor es un innovador pedalier con la capacidad de eliminar el punto muerto del pedaleo. El punto muerto en el pedaleo convencional es el vacío que ocurre cuando los pedales se posicionan en vertical (uno arriba y el otro hacia abajo), momento en el cual las piernas no pueden transmitir potencia a la rueda.

El punto muerto limita el rendimiento del ciclista, causa tendinitis y lesiones de rodilla, así como discontinuidad en la tracción. El sistema Rotor proporciona la solución definitiva a esta ineficiencia, típica de los pedalieres convencionales, eliminando los puntos muertos. Rotor crea una cierta independencia entre las dos bielas de manera que no se alinean a 180º de manera fija, sino que el ángulo entre ellas varía durante el ciclo de la pedalada, así un pedal nunca se sitúa debajo del otro, evitando el vacío de potencia.

Eliminando el punto muerto, Rotor optimiza el esfuerzo del ciclista y reduce el riesgo de lesión, proporcionando un notable aumento de rendimiento y un pedaleo más saludable y confortable. El efecto Rotor se consigue gracias al uso de bielas independientes sincronizadas mediante dos bieletas o tirantes y un soporte excéntrico sobre el cual giran los platos. El desarrollo a mover por el ciclista varía dependiendo del punto dónde se sitúa la biela según un esquema similar al de la figura superior, de manera que el desarrollo es mayor en las zonas en las que el ciclista puede ejercer más fuerza sobre los pedales y menor en las zonas en las que no se puede generar potencia, optimizando el esfuerzo muscular de cada pedalada.

DESCRIPCIÓN DEL PROYECTOEste proyecto consiste en una escaladora, que, con el trabajo mecánico que produce al ser usada, la transforma en energía eléctrica, la cual se puede usar para alimentar máximo dos aparatos electrónicos porque tendrá 2 terminales.

DEFINICIÓN DE MATERIALES/EQUIPO

(COTIZACIÓN).

ESCALADORA

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Escaladora elíptica de bajo impacto para las rodillas profesional, se usa de forma intercambiable con las máquinas de escalones, de la misma forma que Kleenex se usa para los pañuelos desechables. La máquina elíptica imita el movimiento del esquí a campo traviesa, proveyendo un ejercicio completo e intenso. Los usuarios atan sus pies a los pedales y toman los manubrios con las manos. De acuerdo a la experta de ThatsFit Sarah Brown, mueves los brazos y las manos al mismo tiempo. Tus pies trazan un óvalo plano, o patrón elíptico, mientras que tus brazos trabajan al unísono, deslizándose al frente con cada pierna.

Costo: $ 700

BASE PARA ACOPLAR ALTERNADOR, INVERSOR Y BANDA.

Esta base permite acoplar el alternador y todos los componentes que producirán energía para que no se muevan y faciliten su transporte.

Costo: $100

BATERÍA DE COCHE

La batería de arranque es un acumulador y proporciona la energía eléctrica para el motor de arranque de un motor de combustión, como por ejemplo de un automóvil, de un alternador del motor o de la turbina de gas de un avión. Las baterías que se usan como fuente de energía para la tracción de un vehículo eléctrico se

les denominan baterías de tracción. Los vehículos híbridos pueden utilizar cualquiera de los dos tipos de baterías. El arranque de un motor de combustión por medio del motor de arranque requiere durante un breve espacio de tiempo corrientes muy elevadas de entre cientos y miles de amperios.

Costo: $600

ALTERNADOR DE COCHE

Ilustración XIV. Escaladora.

Ilustración XV. Ejemplo de base.

Ilustración XVI. Batería.

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Un alternador es una máquina eléctrica, capaz de transformar energía mecánica en energía eléctrica, generando una corriente alterna mediante inducción electromagnética. Los alternadores están fundamentados en el principio en el que en un conductor sometido a un campo magnético variable se crea una tensión eléctrica inducida cuya polaridad depende del sentido del campo y el valor del flujo que lo atraviesa. Un alternador es un generador de corriente alterna que funciona cambiando constantemente la polaridad para que haya movimiento y genere energía. En España se utilizan alternadores con una frecuencia de 50 Hz, es decir, que cambia su polaridad 50 veces por segundo y en América alternadores con una frecuencia de 60 Hz.

Costo: $1000

CORREA DE ALTERNADOR DE

COCHEEs la que recibe la fuerza mecánica procedente del motor térmico de combustión a través de una correa, normalmente poli V. Esta polea va enganchada al eje del alternador que mueve el rotor que hay en su interior y arrastra también al ventilador, situado en el interior en los alternadores de última generación.

Costo: $150

TRANSFORMADOR DE 12 A 220 VOLTS

Dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño y tamaño, entre otros factores.

Costo: $870

Costo estimado total del proyecto:

3420$

Ilustración XVII. Alternador.

Ilustración XVIII. Banda.

Ilustración XIX. Inversor.

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Costo real del proyecto:

1450$NOTA: algunos de los materiales utilizados en el proyecto fueron conseguidos usados, con conocidos o más baratos, es por eso que

salió un poco más barato el proyecto.

DISEÑO DEL PROYECTO

Ilustración XX. Diseño.

CRGONOGRAMA  AVANCE     Enero     Febrero   Marzo   Abril    

       S1

S2

S3

S4

S1

S2

S3

S4

S1

S2

S3

S4

S1

S2

S3

S4

Investigación de proyecto                                    Recursos económicos                                    Planear, opinar, decidir, herramientas utilizadas                                Diseño de proyecto                                    Posibles fallas                                    Utilizar la escaladora                                    Comprar el material necesario                                  Comprar material faltante                                    Cortar material                                    Armar mecanismo                                    Unir, soldar partes del mecanismo                                  

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Desbastar y pulir soldadura                                  Prueba de mecanismo                                    Corrección de fallas                                    instalar el alternador y piezas eléctricas                                  Detección de fallas del proyecto completo                                Pruebas físicas del proyecto                                  afinar detalles                                    

EVIDENCIA DEL DESARROLLO DEL PROYECTO

1. Instalación de la base y alternador en la escaladora

Ilustración XXI. Mecanismo básico terminado.

2. Instalación de todos los componentes faltantes del proyecto (pila, cables eléctricos, transformador)

Ilustración XXII. Primeras pruebas eléctricas.

3. Proyecto terminado según el cronograma establecido por el equipo.

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Ilustración XXIII. Terminación del diseño físico

4. Prueba del proyecto

Ilustración XXIV. Pruebas eléctricas últimas.

MANUAL DE USUARIO

Instalación Se coloca la batería en la base para batería. Se ajusta el alternador en la base fijándolo bien. Se ajusta la banda en el rodamiento del alternador y la rueda (que no quede tan tensa o la escaladora

se va ajustando y poniéndose más dura proporcionalmente al ajuste de banda). Se coloca el inversor y se conecta a la pila. Se procede a realizar las conexiones eléctricas, teniendo en cuenta las polaridades de la batería y el

alternador, además del voltaje de excitación que va en el alternador.

ADVERTENCIA: no juntar las puntas de la batería, eso ocasionaría altas corriente y dañaría los componentes.

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CONDICIONES DE TRABAJO DE LA ESCALADORA GENERADORA DE ENERGÍA

El inversor deja de trabajar cuando la escaladora está en reposo y hasta que la pila baja a 10.3 Volts. La escaladora funcionando es capaz de mantener la pila alimentada para un televisor de led de 12 V y

2.5 Amperes de consumo, aunque la pila esté descargada. Con la pila cargada, conectada al inversor con el televisor de led y, con la escaladora en reposo, su

duración aproximada es de 40 minutos sin interrupción.

ADVERTENCIAS Evitar que los cables, positivo y negativo se junten entre sí o con otros, ya sea del alternador, la pila o

el inversor. Cuando la pila no se esté usando, evitar dejarla conectada para evitar cualquier fallo, como que se

descargue por completo la pila.

TABLA DE RELACIÓN DE ENERGÍA/TRABAJO.

Minutos de trabajo

Duración de la pila en minutos desconectada del

inversor

Duración de la pila conectada al inversor y a

algún dispositivo

Estimación de calorías quemadas por una persona de

70 kg.

0 minutos 0 minutos 0 minutos 0 cal

5 minutos 2 minutos 1 minuto 49 cal10 minutos 5 minutos 2 minutos 98 cal15 minutos 7 minutos 3 minutos 147 cal20 minutos 10 minutos 5 minutos 196 cal25 minutos 12 minutos 7 minutos 245 cal30 minutos 15 minutos 8 minutos 294 cal35 minutos 18 minutos 9 minutos 30 segundos 343 cal40 minutos 20 minutos 11 minutos 392 cal45 minutos 23 minutos 13 minutos 441 cal50 minutos 25 minutos 14 minutos 490 cal

- 20

55 minutos 27 minutos 15 minutos 539 cal60 minutos 29 minutos 16 minutos 588 cal65 minutos 31 minutos 18 minutos 637 cal70 minutos 33 minutos 19minutos 686 cal75minutos 36 minutos 20 minutos 735 cal

carga completa de

la pila42 minutos ¿? ¿?

NOTA 1: Tenga en cuenta que hay muchos factores que pueden contribuir a su total de calorías gastadas. Las necesidades totales de energía pueden variar en función de sexo, edad, masa muscular, estatura y otros factores genéticos y ambientales.

NOTA 2: Los minutos de duración, así como las calorías bajadas pueden variar dependiendo de la intensidad con la cual se trabaje en la escaladora

NOTA 3: las pruebas fueron realizadas con la pila y el inversor conectados a un televisor de 12 volts y 2.5 amperes.

MANTENIMIENTO DEL EQUIPO.Pila: mantener la pila con el ácido necesario para su funcionamiento y revise que no tenga alguna fuga en caso de fuga hacer cambio de una pila nueva

Transformador: no requiere de mantenimiento (no golpee): en caso de no funcionar necesitara uno nuevo.

Escaladora: es necesario lubricar los baleros y la cadena para evitar fricción y el desgaste de ellos.

Banda: checar tención de banda para evitar ruptura de ella y el desgaste.

Alternador: llamar a un técnico especializado para mantenimiento #8711982816

CONCLUSIONESEl proyecto fue fácil de elaborar, puesto que ya teníamos algunas de las partes que eran necesarias para realizarlo a la escaladora sólo era implementarle una base para poder instalar las partes que faltaban como lo es el alternador, la pila y el inversor, en lo que si demoramos fue en las conexiones, ya que era necesario saber cómo conectar y si no lo hacíamos como se debía podríamos dañar o quemar cada una de las partes de nuestro proyecto. Además de saber los voltajes que el alternador y la pila manejan, para esto tuvimos que consultar con eléctricos y personas que conocieran el tema.

Al final nuestra profesora nos indicó de realizar algunas actividades que dieran el proceso de consumir la energía eléctrica del inversor producida por la fuerza mecánica de la escaladora, se pudo observar el consumo de energía en ambos aparatos tanto como la pila y el inversor.

Lo más difícil del proyecto fueron las pruebas, pues cuando estaba todo conectado, el alternador estaba muy grande y cuando se excitaba el alternador se ponía muy duro y la escaladora cansaba mucho, por lo que entra varias personas se tuvieron que hacer las pruebas.